C語(yǔ)言字節(jié)對(duì)齊詳解

一、什么是對(duì)齊，以及為什么要對(duì)齊：

　　1. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中內(nèi)存空間都是按照byte劃分的，從理論上講似乎對(duì)任何類型的變量的訪問可以從任何地址開始，但實(shí)際情況是在訪問特定變量的時(shí)候經(jīng)常在特定的內(nèi)存地址訪問，這就需要各類型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序的一個(gè)接一個(gè)的排放，這就是對(duì)齊。

　　2. 對(duì)齊的作用和原因：各個(gè)硬件平臺(tái)對(duì)存儲(chǔ)空間的處理上有很大的不同。一些平臺(tái)對(duì)某些特定類型的數(shù)據(jù)只能從某些特定地址開始存取。其他平臺(tái)可能沒有這種情況，但是最常見的是如果不按照適合其平臺(tái)的要求對(duì)數(shù)據(jù)存放進(jìn)行對(duì)齊，會(huì)在存取效率上帶來?yè)p失。比如有些平臺(tái)每次讀都是從偶地址開始，如果一個(gè)int型(假設(shè)為 32位)如果存放在偶地址開始的地方，那么一個(gè)讀周期就可以讀出，而如果存放在奇地址開始的地方，就可能會(huì)需要2個(gè)讀周期，并對(duì)兩次讀出的結(jié)果的高低 字節(jié)進(jìn)行拼湊才能得到該int數(shù)據(jù)。顯然在讀取效率上下降很多。這也是空間和時(shí)間的博弈。

　　二、對(duì)齊的實(shí)現(xiàn)

　　通常，我們寫程序的時(shí)候，不需要考慮對(duì)齊問題。編譯器會(huì)替我們選擇適合目標(biāo)平臺(tái)的對(duì)齊策略。當(dāng)然，我們也可以通知給編譯器傳遞預(yù)編譯指令而改變對(duì)指定數(shù)據(jù)的對(duì)齊方法。

　　但是，正因?yàn)槲覀円话悴恍枰P(guān)心這個(gè)問題，所以因?yàn)榫庉嬈鲗?duì)數(shù)據(jù)存放做了對(duì)齊，而我們不了解的話，常常會(huì)對(duì)一些問題感到迷惑。最常見的就是struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的sizeof結(jié)果，出乎意料。為此，我們需要對(duì)對(duì)齊算法所了解。

　　對(duì)齊的算法：

　　由于各個(gè)平臺(tái)和編譯器的不同，現(xiàn)以本人使用的gcc version 3.2.2編譯器(32位x86平臺(tái))為例子，來討論編譯器對(duì)struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的各成員如何進(jìn)行對(duì)齊的。

　　設(shè)結(jié)構(gòu)體如下定義：

　　struct A {

　　int a;

　　char b;

　　short c;

　　};

　　結(jié)構(gòu)體A中包含了4字節(jié)長(zhǎng)度的int一個(gè)，1字節(jié)長(zhǎng)度的char一個(gè)和2字節(jié)長(zhǎng)度的short型數(shù)據(jù)一個(gè)。所以A用到的空間應(yīng)該是7字節(jié)。但是因?yàn)榫幾g器要對(duì)數(shù)據(jù)成員在空間上進(jìn)行對(duì)齊。

　　所以使用sizeof(strcut A)值為8。

　　現(xiàn)在把該結(jié)構(gòu)體調(diào)整成員變量的順序。

　　struct B {

　　char b;

　　int a;

　　short c;

　　};

　　這時(shí)候同樣是總共7個(gè)字節(jié)的變量，但是sizeof(struct B)的值卻是12。

　　下面我們使用預(yù)編譯指令#pragma pack (value)來告訴編譯器，使用我們指定的對(duì)齊值來取代缺省的。

　　#pragma pack (2) /*指定按2字節(jié)對(duì)齊*/

　　struct C {

　　char b;

　　int a;

　　short c;

　　};

　　#pragma pack () /*取消指定對(duì)齊，恢復(fù)缺省對(duì)齊*/

　　sizeof(struct C)值是8。

　　修改對(duì)齊值為1：

　　#pragma pack (1) /*指定按1字節(jié)對(duì)齊*/

　　struct D {

　　char b;

　　int a;

　　short c;

　　};